Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies.



17.09.2019

PLNOG23 czyli sieci 5G,...

Największa polska konferencja telekomunikacyjna powraca do Krakowa! Wśród nowości ścieżka...
05.09.2019

Cloudya – nowa usługa NFON

Po ponad dekadzie ciągłego rozwoju technologii Cloudya, swobodna i niczym nie ograniczona...
02.09.2019

Na dużą skalę

Kaspersky Hybrid Cloud Security
02.09.2019

Bezpieczny brzeg sieci

Fortinet Secure SD-Branch
02.09.2019

Nowoczesne centra danych

AMD EPYC
30.08.2019

Dostęp do AI i ML

VMware Cloud Foundation
30.08.2019

Lekkość i moc

Toshiba Portégé A30-E
30.08.2019

Bez przestojów

APC Easy UPS On-Line
29.08.2019

Duże moce

Lenovo ThinkSystem SR635 i SR655

Zarządzanie zużyciem energii w systemie 5G

Data publikacji: 04-07-2019 Autor: Kamil Musiał
Rys. 1. Rozmieszczenie stacji...

Rozwiązania beamforming i Massive MIMO pozwalają nie tylko na zwiększenie prędkości i jakości transmisji danych w 5G, ale również na ograniczenie kosztów operatorów związanych z utrzymaniem systemu. Dzięki temu można się spodziewać znacznego przyspieszenia mobilnego internetu w rozsądnej cenie dla zwykłego użytkownika.

 

Wraz z rozwojem technologii są opracowywane nowe rozwiązania odpowiadające na aktualne i przyszłe potrzeby użytkowników. MIMO (Multiple Input, Multiple Output), czyli wykorzystanie kilku anten do wysyłania oraz odbierania informacji, a także beamforming, czyli skierowanie wiązki sygnału w żądanym kierunku, to pojęcia znane nie od dziś. MIMO jest znane od powstania technologii LTE. Stosowane było początkowo w standardzie 802.11n (prace nad standardem prowadzono w latach 2004–2009), a także w systemie WiMax. Zarówno MIMO, jak i beamforming istnieją np. w sieciach Wi-Fi w standardzie IEEE 802.11ac, zatwierdzonym w styczniu 2014 roku. Dzięki nim moc sygnału przesyłanego z routera do komputera można poprawić z -80 dBm do -65 dBm, a wzrost mocy sygnału o 15 dBm oznacza wzrost około 30 razy. Obecnie oba rozwiązania są rozwijane i wdrażane w technologii 5G.

> KOSZTY OPERATORÓW ZWIĄZANE Z SYSTEMEM

Technologie 2G, 3G oraz 4G skupiają się głównie na polepszeniu wydajności widmowej, czyli na szybkości transmisji danych przypadającej na konkretną szerokość pasma radiowego. Wydajność ta jest wyrażana w bit/s/Hz. Prędkość, jaką może osiągnąć transmisja danych, to główny parametr, jaki interesuje użytkownika (LTE – 300 mb/s, LTE Advanced – 1 Gb/s, LTE Advanced Pro – 3 Gb/s). Technologia 5G zapewnia nie tylko wyższe prędkości, ale także redukcję zużycia energii elektrycznej w sieci. Oba czynniki są kluczowe dla sukcesu 5G.

Warto przyjrzeć się technologii 5G z punktu widzenia operatora. Operatorzy kupują oraz utrzymują stacje bazowe, które tworzą tzw. cele, czyli obszary, na których użytkownik ma zasięg oraz dostęp do zasobów. Na rys. 1 przedstawiono rozmieszczenie stacji bazowych LTE wszystkich operatorów w centrum Warszawy. Jak widać, nadajniki danego operatora (oznaczone jednym kolorem) znajdują się w odległościach kilkudziesięciu, maksymalnie kilkuset metrów od siebie. Oznacza to, że UE (user equipment) poruszający się po mieście bardzo często znajduje się na krańcach celek (cell edge) i przełącza się między nimi.

W pobliżu stacji bazowych łatwo jest uzyskać wysokie prędkości pobierania oraz wysyłania danych, natomiast na krańcach celi może to sprawiać problem. Zadaniem operatorów jest nie tylko zapewnienie wysokiego transferu w pobliżu stacji bazowej (peak capacity), ale również zadbanie o optymalne parametry połączenia na krańcach celi. Jednym z rozwiązań jest użycie dodatkowych nadajników, jednak wiąże się to z dwoma problemami: pojawieniem się dodatkowych interferencji oraz wzrostem kosztów infrastruktury. Koszty ponoszone przez operatora rosną niemal w takim samym tempie, w jakim zwiększa się obsłużony ruch danych, w związku z czym zysk operatora rośnie bardzo powoli. Nowe narzędzia, aplikacje oraz aktualizacje w smartfonach wymagają wymiany coraz większej ilości informacji. Jednocześnie konsument nie chce płacić 10 razy większego rachunku za 10 razy więcej odebranych danych – ekonomiczniejszym rozwiązaniem dla niego będzie powrót do domu i użycie sieci Wi-Fi. Operatorzy muszą więc znaleźć sposób, aby znacząco obniżyć koszty sieci, zwiększając przy tym możliwą do obsłużenia ilość przesyłanych danych. Jednym z rozwiązań jest postawienie na energooszczędność i zmniejszenie rachunków za prąd potrzebny do obsługi i utrzymania stacji bazowych.

W tabeli 1 zaprezentowano zużycie energii przez poszczególne technologie w Chinach. W sumie znajduje się tam około 1,5 miliona stacji bazowych oraz 800 milionów konsumentów, co jest równe liczebności populacji USA i Europy łącznie. Jak można zauważyć, zapotrzebowanie na energię dla stacji bazowej z każdą generacją maleje. Stacje bazowe są coraz bardziej energooszczędne, co stanowi wyzwanie dla 5G.

CAPEX (capital expenditures) oznacza wydatki inwestycyjne na zakup, rozwój produktu i wdrożenie systemu. OPEX (operating expenditures) to z kolei wydatki związane z utrzymaniem produktu, biznesu bądź systemu. Jak widać na rys. 2, 51% kosztów inwestycyjnych operatorów pokrywa klimatyzacja BBU (baseband unit), czyli części stacji bazowej odpowiadającej za obliczenia. BBU są obecnie niemal tak szybkie jak superkomputery, w związku z czym generują dużo ciepła, co powoduje konieczność ich chłodzenia. Ponadto istnieją koszty OPEX obejmujące wynajem miejsca pod stacje bazowe, co stanowi 31% wydatków, prąd wynoszący 41% kosztów, a także koszty operacyjne generujące 21% wydatków. Jedynie 7% kosztów OPEX to transmisja danych – transmisja energii elektromagnetycznej, czyli to, na czym operator opiera swój dochód.

Obiektywnie rzecz biorąc, operatorzy sprzedają energię elektromagnetyczną i jedynie 7% kosztów OPEX jest przeznaczonych na to, co faktycznie przynosi zysk. Oczywiście jest to zły i trudny do utrzymania model biznesowy. Jak widać, największym kosztem jest chłodzenie jednostek stacji bazowych, na co np. China Mobile w 2013 roku zużył 15 miliardów kWh. Jest to mniej więcej tyle energii, ile cała wyspa Tajwan zużywa w przeciągu roku (włączając w to m.in. infrastrukturę, budynki oraz transport).

 

> EWOLUCJA INFRASTRUKTURY TELEKOMUNIKACYJNEJ

Wiemy już, że oszczędzanie energii jest dla operatora kluczowe pod względem opłacalności. Na rys. 3 przedstawiono ewolucję infrastruktury telekomunikacyjnej. BBU oraz radiomoduły w technologiach 1G i 2G były montowane razem. Na maszcie bądź dachu budynku znajdowały się jedynie anteny połączone z radioodbiornikami kablami koncentrycznymi. Między radiem a anteną niezbędny był dodatkowy wzmacniacz. Rozwiązanie to ciągle można zobaczyć na terenach pozamiejskich.

 

W technologiach 3G oraz 4G stosuje się rozproszone stacje bazowe (Distributed Base Station). Radia są montowane blisko anten na dachach, wieżach oraz masztach, a BBU znajduje się w osobnym miejscu. Zaletą tego rozwiązania jest fakt, że wysokostratny kabel koncentryczny został zamieniony na światłowód przenoszący dane cyfrowe. Dzięki temu radia można umieścić już bez użycia dodatkowego wzmacniacza blisko anten, a BBU może być oddalony o 100 metrów bądź (w zależności od konfiguracji) nawet o 20 km od masztu z radiami. Oznacza to, że BBU stacji bazowych, pochodzący z różnych części bądź całego miasta, można umieścić razem i tym samym zaoszczędzić na klimatyzacji wielu pomieszczeń oraz czynszu pod wynajem miejsca.

 

[...]

 

Specjalista ds. integracji oprogramowania z 4-letnim doświadczeniem w pracy z technologiami LTE oraz 5G. Zajmuje się zagadnieniami związanymi z zarządzaniem zasobami radiowymi oraz integracją nowych funkcji w 5G. 

Pełna treść artykułu jest dostępna w papierowym wydaniu pisma.

.

Transmisje online zapewnia: StreamOnline

All rights reserved © 2019 Presscom / Miesięcznik "IT Professional"